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Basi di dati Gestione degli indici

Elena Baralis©2007 Politecnico di Torino 1

Linguaggio SQL: costrutti avanzati

DBMG

Gestione degli indici

IntroduzioneStrutture fisiche di accessoStrutture fisiche di accessoDefinizione di indici in SQLProgettazione fisica

DBMG 2




DBMG

Organizzazione fisica dei dati

All’interno di un DBMS relazionale, i dati sono rappresentati come collezioni di recordrappresentati come collezioni di record memorizzati in uno o più file

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l’organizzazione fisica dei dati all’interno di un file influenza il tempo di accesso alle informazioniogni organizzazione fisica dei dati rende alcune operazioni efficienti e altre onerose

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l’organizzazione fisica dei dati all’interno di un file influenza il tempo di accesso alle informazioniogni organizzazione fisica dei dati rende alcune operazioni efficienti e altre onerose

N i t ’ i i fi i d i d ti h

DBMG 6

Non esiste un’organizzazione fisica dei dati che sia efficiente per qualunque tipo di lettura e scrittura dei dati



Base di dati di esempio

Dipendente (CodD, Nome, Cognome, DataNascita, Residenza, SalarioMensile)

DBMG 7


Dipendente (CodD, Nome, Cognome, DataNascita, Residenza, SalarioMensile)

CodD Nome Cognome DataNascita Residenza SalarioMensileD1 Elena Rossi 02/01/1967 Torino 2.200,00D2 Andrea Verdi 04/05/1973 Como 1.100,00D3 Giulia Neri 14/04/1975 Roma 2.200,00D4 Paolo Bianchi 12/08/1970 Milano 3.000,00D5 Daniele Bruno 13/02/1968 Como 1.900,00

Dipendente

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D6 Antonio Bianco 25/11/1964 Venezia 1.700,00D7 Lucia Carta 09/04/1971 Alessandria 2.500,00D8 Luca Draghi 03/08/1973 Roma 2.400,00D9 Tania Bravo 11/06/1976 Asti 1.800,00D10 Irene Massa 28/04/1979 Torino 2.600,00D11 Lia Massa 15/05/1965 Milano 3.500,00D12 Alessio Morra 19/06/1969 Como 1.200,00



Esempio

Tabella DIPENDENTEè memorizzata dal DBMS relazionale in un fileè memorizzata dal DBMS relazionale in un file

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Esempio


Interrogazionevisualizzare le informazioni sui dipendenti residenti a Como

DBMG 10



Esempio


Interrogazionevisualizzare le informazioni sui dipendenti residenti a Como

SELECT *

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SELECT *FROM DIPENDENTEWHERE Residenza='Como';

Esempio: tabella DIPENDENTE

CodD Nome Cognome DataNascita Residenza SalarioMensileDipendente

gD1 Elena Rossi 02/01/1967 Torino 2.200,00D2 Andrea Verdi 04/05/1973 Como 1.100,00D3 Giulia Neri 14/04/1975 Roma 2.200,00D4 Paolo Bianchi 12/08/1970 Milano 3.000,00D5 Daniele Bruno 13/02/1968 Como 1.900,00D6 Antonio Bianco 25/11/1964 Venezia 1.700,00D7 Lucia Carta 09/04/1971 Alessandria 2.500,00D8 Luca Draghi 03/08/1973 Roma 2 400 00

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D8 Luca Draghi 03/08/1973 Roma 2.400,00D9 Tania Bravo 11/06/1976 Asti 1.800,00D10 Irene Massa 28/04/1979 Torino 2.600,00D11 Lia Massa 15/05/1965 Milano 3.500,00D12 Alessio Morra 19/06/1969 Como 1.200,00



Esempio: risultato dell’interrogazione



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Esempio: esecuzione dell’interrogazione

Operazioni effettuate dal DBMS per eseguire l’interrogazione SQLl interrogazione SQL

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lettura sequenziale dell’intero file

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lettura sequenziale dell’intero filedurante la lettura, selezione dei record dei dipendenti con residenza a Como

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lettura sequenziale dell’intero filedurante la lettura, selezione dei record dei dipendenti con residenza a Comovisualizzazione dei record

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lettura sequenziale dell’intero filedurante la lettura, selezione dei record dei dipendenti con residenza a Comovisualizzazione dei record

Esistono organizzazioni fisiche dei dati su file che

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permettano di evitare la scansione completa del file?



Esempio: struttura fisica 1

I record della tabella DIPENDENTE sono memorizzati in ordine alfabetico di Residenzamemorizzati in ordine alfabetico di Residenza

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gD7 Lucia Carta 09/04/1971 Alessandria 2.500,00D9 Tania Bravo 11/06/1976 Asti 1.800,00D2 Andrea Verdi 04/05/1973 Como 1.100,00D5 Daniele Bruno 13/02/1968 Como 1.900,00D12 Alessio Morra 19/06/1969 Como 1.200,00D4 Paolo Bianchi 12/08/1970 Milano 3.000,00D11 Lia Massa 15/05/1965 Milano 3.500,00D3 Giulia Neri 14/04/1975 Roma 2 200 00

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D3 Giulia Neri 14/04/1975 Roma 2.200,00D8 Luca Draghi 03/08/1973 Roma 2.400,00D1 Elena Rossi 02/01/1967 Torino 2.200,00D10 Irene Massa 28/04/1979 Torino 2.600,00D6 Antonio Bianco 25/11/1964 Venezia 1.700,00





gD7 Lucia Carta 09/04/1971 Alessandria 2.500,00D9 Tania Bravo 11/06/1976 Asti 1.800,00D2 Andrea Verdi 04/05/1973 Como 1.100,00D5 Daniele Bruno 13/02/1968 Como 1.900,00D12 Alessio Morra 19/06/1969 Como 1.200,00D4 Paolo Bianchi 12/08/1970 Milano 3.000,00D11 Lia Massa 15/05/1965 Milano 3.500,00D3 Giulia Neri 14/04/1975 Roma 2 200 00

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D3 Giulia Neri 14/04/1975 Roma 2.200,00D8 Luca Draghi 03/08/1973 Roma 2.400,00D1 Elena Rossi 02/01/1967 Torino 2.200,00D10 Irene Massa 28/04/1979 Torino 2.600,00D6 Antonio Bianco 25/11/1964 Venezia 1.700,00


Operazioni da effettuare per eseguire l’interrogazione (versione semplice)l interrogazione (versione semplice)

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lettura sequenziale del file fino al primo record con Residenza uguale a Como

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lettura sequenziale del file fino al primo record con Residenza uguale a Comolettura sequenziale di tutti i record con Residenza uguale a Como, fino al primo record con Residenza diversa da Como

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lettura sequenziale del file fino al primo record con Residenza uguale a Comolettura sequenziale di tutti i record con Residenza uguale a Como, fino al primo record con Residenza diversa da Comovisualizzazione dei record dei dipendenti con

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visualizzazione dei record dei dipendenti con Residenza a Como



lettura sequenziale del file fino al primo record con Residenza uguale a Comolettura sequenziale di tutti i record con Residenza uguale a Como, fino al primo record con Residenza diversa da Comovisualizzazione dei record dei dipendenti con

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visualizzazione dei record dei dipendenti con Residenza a Como

Esistono metodi più efficienti per consultare la stessa struttura dati




Organizzazione fisica progettata specificamente per l’interrogazione propostaper l interrogazione proposta

memorizzazione dei record nel file in ordine alfabetico di Residenza

File con struttura sequenziale ordinata

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Vantaggisi evita la lettura sequenziale dell’intero filesi evita la lettura sequenziale dell intero file

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Svantaggimantenere l’ordinamento è computazionalmente oneroso

occorre riorganizzare il file quando sono inseriti, aggiornati o cancellati i record

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Svantaggimantenere l’ordinamento è computazionalmente oneroso

occorre riorganizzare il file quando sono inseriti, aggiornati o cancellati i record

l’ i i fi i è ffi i

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l’organizzazione fisica proposta non è efficiente quando occorre eseguire altre tipologie di interrogazioni

esempio: selezionare i dipendenti che percepiscono un salario mensile superiore a 2000 euro




È possibile definire strutture fisiche accessorie che permettano di facilitare l’accesso ai datiche permettano di facilitare l accesso ai dati

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CodD Residenza

DipendenteCodD … Residenza …

D1 … Torino …D2 … Como …D3 … Roma …D4 … Milano …D5 … Como …D6 ... Venezia ...D7 ... Alessandria ...

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D8 … Roma ...D9 … Asti ...

D10 … Torino ...D11 … Milano ...D12 .. Como …




CodD Residenza

Dipendente

R id L i

Struttura fisica accessoria

CodD … Residenza …D1 … Torino …D2 … Como …D3 … Roma …D4 … Milano …D5 … Como …D6 ... Venezia ...D7 ... Alessandria ...

Residenza Locazione fisica

Alessandria

Asti

Como

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D8 … Roma ...D9 … Asti ...


Milano

…

Venezia


CodD Residenza

Dipendente

R id L i




Alessandria

Asti

Como

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D8 … Roma ...D9 … Asti ...


Milano

…

Venezia




CodD Residenza

Dipendente

R id L i




Alessandria

Asti

Como

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D8 … Roma ...D9 … Asti ...


Milano

…

Venezia


CodD Residenza

Dipendente

R id L i




Alessandria

Asti

Como

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D8 … Roma ...D9 … Asti ...


Milano

… …

Venezia




CodD Residenza

Dipendente

R id L i




Alessandria

Asti

Como

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D8 … Roma ...D9 … Asti ...


Milano

… …

Venezia


Struttura fisica accessoria con accesso associativo ai datiai dati

realizzata sull’attributo Residenza

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Struttura fisica accessoria con accesso associativo ai datiai dati

realizzata sull’attributo Residenza

L’attributo Residenza è il campo chiave della struttura

per ogni valore assunto dall’attributo Residenza si memorizzano

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tutte le locazioni fisiche dei record corrispondenti al valore del campo chiave

la locazione fisica indica la posizione di un record all’interno del file permette di accedere direttamente al record d’interesse (alla pagina fisica che lo contiene)


Operazioni da effettuare per eseguire l’interrogazionel interrogazione

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lettura della struttura fisica accessoria per recuperare le locazioni fisiche dei record corrispondenti a Residenza=Como

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lettura della struttura fisica accessoria per recuperare le locazioni fisiche dei record corrispondenti a Residenza=Comoaccesso diretto solo ai record del file associati alla Residenza Como

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lettura della struttura fisica accessoria per recuperare le locazioni fisiche dei record corrispondenti a Residenza=Comoaccesso diretto solo ai record del file associati alla Residenza Comovisualizzazione dei record di interesse

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visualizzazione dei record di interesse



lettura della struttura fisica accessoria per recuperare le locazioni fisiche dei record corrispondenti a Residenza=Comoaccesso diretto solo ai record del file associati alla Residenza Comovisualizzazione dei record di interesse

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visualizzazione dei record di interesse

Esistono metodi diversi per reperire rapidamente le informazioni nelle strutture fisiche accessorie




Vantaggisi evita la lettura completa e sequenziale del filesi evita la lettura completa e sequenziale del file

come nel caso della struttura fisica 1

accesso diretto solo ai record di interesse il costo di mantenimento della struttura accessoria è meno oneroso rispetto al costo di mantenimento del file con struttura ordinata

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Svantaggioccupazione di spazio maggioreoccupazione di spazio maggiore

è necessario spazio supplementare per memorizzare la struttura fisica accessoria

la struttura accessoria può essere utilizzata solo quando nell’interrogazione compare l’attributo Residenza

possono essere necessarie strutture accessorie per

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possono essere necessarie strutture accessorie per più attributi o combinazioni di attributi



Indici

Gli indici sono le strutture fisiche accessorie offerte dai DBMS relazionali per migliorareofferte dai DBMS relazionali per migliorare l’efficienza delle operazioni di accesso ai dati

sono realizzati mediante strutture fisiche di tipo diverso

alberihash table

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Indici

Gli indici sono le strutture fisiche accessorie offerte dai DBMS relazionali per migliorareofferte dai DBMS relazionali per migliorare l’efficienza delle operazioni di accesso ai dati

sono realizzati mediante strutture fisiche di tipo diverso

alberihash table

L i t i i l ti d li i di i f

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Le istruzioni per la gestione degli indici non fanno parte dello standard SQL




DBMG

Strutture fisiche di accesso

Le strutture fisiche di accesso descrivono il modo in cui i dati sono organizzati in memoriain cui i dati sono organizzati in memoria secondaria per garantire operazioni di ricerca e modifica dei dati efficienti

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Le strutture fisiche di accesso descrivono il modo in cui i dati sono organizzati in memoriain cui i dati sono organizzati in memoria secondaria per garantire operazioni di ricerca e modifica dei dati efficientiSono classificabili in

strutture sequenzialistrutture ad albero

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strutture ad accesso calcolato


Ogni DBMS relazionale dispone di diverse varianti delle strutture fisiche di basedelle strutture fisiche di base

la descrizione delle strutture interne di memorizzazione dei dati non è pubblicamente disponibilele strutture fisiche sono diverse per DBMS diversi

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Struttura sequenziale

È caratterizzata da una disposizione sequenziale dei record inuna disposizione sequenziale dei record in memoria secondaria blocchi di memoria consecutivi nel file

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Struttura sequenziale

È caratterizzata da una disposizione sequenziale dei record inuna disposizione sequenziale dei record in memoria secondaria blocchi di memoria consecutivi nel file

Ordinamento della sequenzala sequenza dei record dipende dal valore assunto da un campo di ordinamento, detto chiave di

d

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ordinamentocomposto da uno o più attributi



Struttura ad albero

Accesso associativo efficiente ai dati, basato sul valore di un campo chiavevalore di un campo chiave

la chiave può essere composta da uno o più attributi

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Struttura ad albero



Una struttura ad albero permette di raggiungere l’insieme delle locazioni fisiche dei record corrispondenti al valore prescelto del campo hi

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chiavela locazione fisica di un record indica la posizione fisica del record all’interno del file in memoria secondaria

Esempi: B-tree, B+-tree



Struttura ad accesso calcolato



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Struttura ad accesso calcolato



Richiede un algoritmo di calcolo per localizzare il blocco fisico del file contenente i record corrispondenti al valore del campo chiave

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Non richiede un ordinamento specifico dei record in memoria secondariaEsempio: struttura hash




DBMG

Definizione di indici in SQL

Il linguaggio SQL offre le seguenti istruzioni per la definizione degli indicila definizione degli indici

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creazione di un indiceCREATE INDEX

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cancellazione di un indiceDROP INDEX

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cancellazione di un indiceDROP INDEX

Le istruzioni per le gestione degli indici non fanno

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parte dello standard SQL

Creazione di un indice

CREATE INDEX NomeIndice ON NomeTabella (ElencoAttributi)

Crea un indice con nome NomeIndice sulla tabella NomeTabelladefinito sugli attributi in ElencoAttributi

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L’ordine in cui compaiono gli attributi inElencoAttributi è importante

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L’ordine in cui compaiono gli attributi inElencoAttributi è importante

le chiavi dell’indice sono ordinateprima in base al primo attributo in ElencoAttributia pari valore del primo attributo sui valori del secondo attributo

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secondo attributoe così via, in ordine, fino all’ultimo attributo






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Esempio n.1

Creazione di un indice sull’attributo Residenza della tabella DIPENDENTE

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Esempio n.1

Creazione di un indice sull’attributo Residenza della tabella DIPENDENTE

CREATE INDEX IndiceResidenza ON DIPENDENTE (Residenza)

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Esempio n.2

Creazione di un indice sulla combinazione di attributi Cognome e Nome della tabella gDIPENDENTE

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Esempio n.2

Creazione di un indice sulla combinazione di attributi Cognome e Nome della tabella

CREATE INDEX IndiceCognomeNome ON DIPENDENTE(Cognome,Nome)

gDIPENDENTE

DBMG 71

Esempio n.2

Creazione di un indice sulla combinazione di attributi Cognome e Nome della tabella

L’indice è definito congiuntamente sui due attributi

CREATE INDEX IndiceCognomeNome ON DIPENDENTE(Cognome,Nome)

gDIPENDENTE

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attributiLe chiavi dell’indice sono ordinate

prima in base al valore dell’attributo Cognome a pari valore dell’attributo Cognome, sul valore dell’attributo Nome



Cancellazione di un indice

Elimina l’indice con nome NomeIndice

DROP INDEX NomeIndice

Elimina l indice con nome NomeIndice

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Cancellazione di un indice

Elimina l’indice con nome NomeIndice

DROP INDEX NomeIndice

Elimina l indice con nome NomeIndice Il comando è utilizzato quando

l’indice non è più utilizzatoil miglioramento delle prestazioni non è sufficiente

ridotta riduzione del tempo di risposta per le interrogazioni

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rallentamento degli aggiornamenti causato dal mantenimento dell’indice



Esempio

Cancellare l’indice IndiceResidenza

DBMG 75

Esempio

Cancellare l’indice IndiceResidenza

DROP INDEX IndiceResidenza

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DBMG

Progettazione fisica

È la fase finale della progettazione di una base di datidati

richiede la scelta del DBMS utilizzatoè legata alle caratteristiche del prodotto prescelto

DBMG 78



Requisiti applicazione Progettazione

concettuale

Fasi della progettazione di basi di dati

concettuale

Progettazionelogica

P tt i

Schema concettuale

DBMG 79

ProgettazionefisicaSchema logico

Schema fisico

Requisiti applicazione Progettazione

concettuale

Fasi della progettazione di basi di dati

concettuale

Progettazionelogica

P tt i

Schema concettuale

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ProgettazionefisicaSchema logico

Schema fisico



Progettazione fisica: dati di ingresso

Schema logico della base di dati

DBMG 81

Schema logico della base di datiCaratteristiche del DBMS prescelto


Caratteristiche del DBMS presceltoopzioni disponibili a livello fisico

strutture fisiche di memorizzazioneindici

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Schema logico della base di datiCaratteristiche del DBMS prescelto


Caratteristiche del DBMS presceltoopzioni disponibili a livello fisico

strutture fisiche di memorizzazioneindici

Volume dei daticardinalità delle tabelle

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cardinalità e distribuzione dei valori del dominio degli attributi

Stima del carico applicativointerrogazioni più importanti e loro frequenza


interrogazioni più importanti e loro frequenzaoperazioni di aggiornamento più importanti e loro frequenzarequisiti sul tempo di risposta per interrogazioni/aggiornamenti importanti

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Progettazione fisica: risultato

Schema fisico della base di dati organizzazione fisica delle tabelleorganizzazione fisica delle tabelleindici

Parametri di memorizzazione e funzionamento dimensioni iniziali dei file, possibilità di espansione, spazio iniziale libero, ...

DBMG 85

Procedimento

La progettazione fisica è svolta in modo empirico, con un approccio per tentativicon un approccio per tentativi

non esistono metodologie di riferimento

DBMG 86



Procedimento

Caratterizzazione del carico applicativoper ogni interrogazione rilevante è necessarioper ogni interrogazione rilevante è necessario definire

relazioni a cui accedeattributi da visualizzareattributi coinvolti in selezioni/joingrado di selettività delle condizioni di selezione

DBMG 87

Procedimento

Caratterizzazione del carico applicativoper ogni interrogazione rilevante è necessarioper ogni interrogazione rilevante è necessario definire

relazioni a cui accedeattributi da visualizzareattributi coinvolti in selezioni/joingrado di selettività delle condizioni di selezione

per ogni aggiornamento rilevante è necessario

DBMG 88

per ogni aggiornamento rilevante è necessario definire

tipo di aggiornamento inserimento, cancellazione, modifica

relazione ed eventuali attributi coinvolti grado di selettività delle condizioni di selezione



Procedimento

Scelte da operarestrutturazione fisica dei file che contengono lestrutturazione fisica dei file che contengono le tabelle

ordinati, non ordinati

DBMG 89

Procedimento



scelta degli attributi da indicizzarepilotata dalla stima del carico applicativo e dal volume dei dati

DBMG 90



Procedimento




per ogni indice definizione del tipo

DBMG 91

per ogni indice definizione del tipo per esempio, hash oppure B-tree

Procedimento




per ogni indice definizione del tipo

DBMG 92

per ogni indice definizione del tipo per esempio, hash oppure B-tree

eventuali variazioni dello schemapartizionamenti orizzontali in memoria secondariadenormalizzazione di tabelle

utilizzata nei data warehouse



Tuning

Se il risultato non è soddisfacente

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Tuning

Se il risultato non è soddisfacenteTuning aggiungendo e togliendo indiciTuning, aggiungendo e togliendo indici

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Tuning

Se il risultato non è soddisfacenteTuning aggiungendo e togliendo indiciTuning, aggiungendo e togliendo indici

È un procedimento guidato dalla disponibilità di strumenti che permettano di

verificare il piano di esecuzione adottato dal DBMS prescelto

il piano di esecuzione definisce la sequenza di tti ità lt d l DBMS i

DBMG 95

attività svolte dal DBMS per eseguire un’interrogazione

metodi di accesso ai datimetodi di join

valutare il costo di esecuzione di alternative diverse

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